基于ESP8266的醫療物聯網終端節點設計

摘要：疫情常態化背景下，患者臨床信息采集工作量大增，醫療系統服務面臨巨大壓力。物聯網能將孤立的個體連接，實現物物相連，在云端進行遠程管理與控制。物聯網技術以其在信息采集與傳輸領域的巨大優勢，成為緩解壓力的首選方案。為此，本文設計了一種基于RFID和WiFi技術的醫療物聯網傳感終端，選用STM32單片機作為控制核心，以血壓數據為例，可實現患者身份信息采集和血壓數據的采集與上傳。經測試驗證，達到了預期的效果，對于提升醫護人員工作效率，優化老百姓的就醫體驗，實現醫護患數據互聯互通，助推智慧醫院建設等方面有著積極的意義。

關鍵詞：ESP8266;醫療物聯網;RFID;STM32

引言：

隨著技術的進步和社會的發展，社會生活質量不斷提升，人民美好生活需要日益增長，在醫療衛生服務領域的需求，尤為迫切。然而快速的城市化進程，使得公共服務面臨巨大壓力，特別是在疫情常態化背景下，現階段的醫療系統不堪重負。在民眾眼中，就醫體驗下降，醫療服務體系的服務質量逐年下滑。主要原因在于患者臨床生理參數（如體溫、血壓、脈搏、呼吸等）采集和記錄，大多以手工和半自動化方式為主，效率低下;在病患數量增大時，信息實時采集的需求無法得到滿足，服務質量大打折扣。物聯網技術為解決上述問題帶來了希望，物聯網融合了傳感器技術、嵌入式技術、無線通信技術、網絡技術等，可以將各種不同形態的“物”接入到網絡，實現不同數據的采集、遠程傳輸和智能化控制，在智慧醫院建設中具有廣闊的應用前景。本文將選擇臨床血壓采集為例，結合嵌入式、RFID、WiFi等物聯網關鍵技術，將患者身份識別、血壓采集與數據無線傳輸等功能整合為一體，初步構建智能醫療物聯網的應用模式。

1 終端節點系統框架

物聯網技術與醫學臨床應用的結合，必須要以信息采集和傳輸的實際需求為切入點。在本系統中，血壓計作為醫療物聯網終端節點，具備數據信息采集與通信功能，這里的數據信息包含患者的身份信息以及臨床血壓數據信息。在使用中，血壓計首先采集就診標簽中的患者個人信息，利用傳感器采集患者血壓數據，再通過WiFi技術連接網絡，將患者個人信息與血壓數據綁定，發送到服務器;借助專業應用軟件，可進一步將數據保存至醫院的數據庫系統。系統框架如圖1所示。

1.1 ?RFID信息采集

患者的臨床生理數據的采集，必須與患者個人身份信息捆綁匹配。在當前的醫療服務系統中，患者身份信息通常通過使用醫保卡、診療卡等進行識別。采用RFID技術，在臨床數據采集的同時，實時采集標簽信息，可以一定范圍內避免造成患者與生理參數匹配錯誤。

Mifare S50標簽是目前診療卡、腕帶等常用的非接觸式IC卡，還廣泛應用于交通、門禁、校園一卡通等多個領域。每張卡片上唯一的號碼ID以及多重認證機制讓系統遠離安全威脅。

本文采用STM32單片機作為主控芯片，PN532作為RFID讀寫芯片，工作于MIFARE讀寫器模式。它們之間的接口如圖2所示。

1.2 血壓采集電路

本文采用的壓力傳感器型號為MPS20N004D-S。考慮到血壓計對抗干擾性能、處理與傳輸速度的要求，后端采用專用24位ADC芯片HX711實現放大、穩壓以及AD轉換功能。

HX711可實現差分輸入，片內集成穩壓電源、低噪聲可選放大器、片內時鐘震蕩器等外圍電路，與后端實現簡單串口通訊集成度高，響應速度快，抗干擾性強。

1.3 基于ESP8266的WiFi接入設計

WIFI模塊選擇ESP8266模塊，該模塊的處理器為樂鑫公司研發的專用于物聯網的一款芯片。用戶可借助該模塊為醫用物聯網終端節點添加聯網功能，通過院內無線路由器接入互聯網，實現節點采集信息的上傳。

該模塊采用串口與主控芯片通信，接口如圖3所示。在本設計中，模塊工作于STA（終端）模式，血壓計節點將借助WiFi模塊接入院內無線網絡，患者信息和血壓數據將自動上傳到醫院信息系統的服務器中，自動轉錄到各類護理記錄數據庫中，通過系統的大數據分析可生成各種信息圖表，對患者異常情況進行預警，并輔助醫生的相關決策。

2 驅動程序設計

STM32作為本終端節點的主控芯片，控制軟件部分主要由RFID讀取模塊、壓力傳感器讀取、OLED 顯示、WIFI模塊聯網、外圍設備控制幾個程序模塊組成。程序開始后先要對各個模塊進行初始化，然后進入RFID標簽監測控制程序，實時監測對患者數據的采集需求，系統監測和控制部分程序流程圖如圖 4 所示。

為降低功耗，在參數測量期間，WiFi模塊沒有供電。數據測量完成后，STM32啟動WIFI通信，實現加網、數據發送等服務。

服務器在接收數據源之后，會自動對患者的信息進行格式化處理，將其統計到數據庫檔案內，并同步到服務器中，而服務器也會提示確認或者是發出操作指令，滿足特殊情況下的信息處理需求。

要發送的信息包括生理參數類型、生理參數數據、患者信息。考慮到系統的可拓展性，設計生理參數類型包括血壓（01）、體溫（02）、血氧（03）、脈搏（04）、心電數據（05）等。數據幀基本格式如下：

其中，起始符占用2Byte（0xaa，0xaa），結束符為2Byte（0x55，0x55），患者ID即為RFID標簽的32bit唯一ID號碼，占用4Byte。

3 系統測試

3.1系統功能測試

首先是RFID腕帶掃描與血壓采集實驗，在這里操作人員需要把腕帶放到數據采集終端的有效區域內，等到系統初始化結束之后，對腕帶進行讀取，然后在OLED上打印出標簽認證信息，這樣一來，讀寫芯片再經過初始化，掃描，讀取等步驟之后就可以完全展示出腕帶內部的數據[2]。

其次是WiFi傳輸測試，先發布命令，讓終端先搜索當下網絡中的信號，然后顯示到串口調試助手上，并加入已經設置好的網絡，這樣可以成功加入指定的信息。

3.2 系統功耗測試

測試方法：利用萬用表測試不同工作模式下的工作電流，結合工作電壓，萬用表表筆連接到電流檔，并串聯到電路中，針對不同的工作模式，對電流進行測試，并觀察測量的結果。

4 結束語

本文提出一種基于 ESP8266 模塊的醫療物聯網血壓采集終端節點系統，經測試，本節點可以迅速完成患者標簽檢測、讀取以及顯示，并能夠采集患者血壓信號，借助 Wi-Fi 模塊，可將患者信息及血壓信息發送至互聯網服務器。在醫院醫療物聯網中，本節點稍加改動，便可實現多種生理參數采集終端，能夠自動完成常見的生理參數采集、記錄、上傳等工作，大大提高醫務人員的工作效率。未來，在家庭醫療系統、養老監護系統中也可得到廣泛的應用，成為應對醫療資源緊張、人口老齡化等問題的解決對策。

參考文獻：

[1]劉金海.基于Wi-Fi通訊技術的智能化療養院監護系統研究[J].信息系統工程，2019，000（006）：35-36.

[2]周建偉，張玲玲.關于Wi-Fi智能護理物聯網的關鍵技術研究[J].計算機產品與流通，2018（03）：88.

作者簡介：姜源（1982.08-），女，漢族，江蘇如皋人，碩士，講師，研究方向：物聯網應用、嵌入式控制;

基金項目：廣東省2017年度青年創新人才類項目“基于物聯網和大數據技術的珠海白蕉海鱸智能養殖系統研制”（項目編號：2017GkQNCX071）